必修1 第3单元 第5讲 素养提升课——破译新情境·系统实验知能·增分主观大题(Word教参)-【新高考方案】2027年高考生物一轮总复习（鲁、辽、湘、冀、苏、吉、黑、赣、内蒙古）

该高中生物学高考复习讲义围绕光合作用与碳中和、光呼吸与光抑制等核心考点，按新情境解读、实验知能系统、主观题集训的逻辑架构知识，通过考点梳理、方法指导、真题训练环节，帮助学生构建细胞代谢知识网络，突破抽象情境分析与实验设计难点。 讲义以科学思维和探究实践为导向，创新采用C3/C4/CAM植物CO₂浓缩机制对比、光呼吸变量控制等教学活动，设置迁移创新、专题提能、分层练习，配合高考真题即时反馈，高效提升学生建模分析与实验设计能力，为教师把控复习节奏、强化学生应考技能提供有力支持。

第5讲　素养提升课——破译新情境·系统实验知能·增分主观大题 一、破译新情境——抽象、理性的学科情境要读懂 2025年新课标修订增加了“解释光合作用在碳中和方面的重要作用”“在较为陌生的、结构不良的生产生活或生物学研究等问题情境中,基于对现象或现实需求的分析,提出清晰和可探究的生物学问题或工程任务……”,与此相关的不同环境条件下CO2的固定途径、光呼吸与光抑制等情境问题分析将是今后高考命题的重要方向。因此如何破解聚焦光合作用与碳中和的关联,以结构不良情境为载体,融合不同植物CO2固定差异、光呼吸/光抑制等核心考点,侧重考查对现实问题的建模分析与科学探究能力类试题是备考的重点。 新情境问题(一)　三类生物的CO2浓缩机制解读 [科普科研材料] 1.C4植物的CO2浓缩机制 (1)C3植物和C4植物叶片结构的比较 C3植物叶片中的维管束鞘细胞几乎不含有叶绿体,维管束鞘以外是排列疏松的含有叶绿体的叶肉细胞。C4植物叶片中围绕维管束的是呈“花环型”的两圈细胞,里面的一圈是维管束鞘细胞,这种维管束鞘细胞不仅个体大,而且含有叶绿体,外面的一圈是富含叶绿体的叶肉细胞。 (2)C4植物的光合作用过程 与C3植物相比,C4植物叶肉细胞的细胞质基质具有一种特殊的PEP羧化酶,它催化如下反应:C3+CO2C4(苹果酸)。C4进入维管束鞘细胞,生成CO2用于暗反应,再生出的C3(丙酮酸)回到叶肉细胞中,进行循环利用。PEP羧化酶与CO2的亲和力是Rubisco的60倍,能固定低浓度的CO2。 　　[信息助读] (1)叶肉细胞中的叶绿体有类囊体能进行光反应,同时,CO2被整合到C4中,随后C4进入维管束鞘细胞。 (2)维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体,在维管束鞘细胞中,C4释放出的CO2参与卡尔文循环,进而生成有机物。 (3)C4植物的CO2补偿点低,“光合午休”影响小的原因: ①PEP羧化酶对CO2有很高的亲和力,气孔关闭时,仍然能够利用极低浓度的CO2。 ②C4植物已先通过C4途径把CO2储存起来形成C4,气孔关闭时,C4分解产生CO2,用于光合作用,所以“光合午休”时气孔关闭对C4植物影响不大。 2.景天科植物的CO2浓缩机制(CAM途径) 在夜间,大气中CO2从气孔进入景天科植物,被磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)羧化酶催化,与PEP结合形成草酰乙酸(OAA),再经苹果酸脱氢酶作用还原为苹果酸,储存于液泡中。在白天,苹果酸从液泡中释放出来,经脱羧酶作用形成CO2和丙酮酸,CO2产生后用于卡尔文循环。 　　[信息助读] 　　景天科植物夜间气孔开放,吸收的CO2生成苹果酸储存在液泡中;白天气孔关闭,液泡中的苹果酸经脱羧作用释放CO2和呼吸作用产生的CO2一起用于光合作用暗反应,白天外界CO2浓度变化对光合作用影响不大。 3.蓝细菌的CO2浓缩机制 蓝细菌具有的CO2浓缩机制,如图所示。 注:羧化体具有蛋白质外壳,可限制气体扩散。 　　[信助息读] [内蕴知识融通] (1)C4植物的CO2固定发生在_______________________________________________________________。 (2)科学家用含14C标记的CO2来追踪玉米(C4植物)光合作用中的碳原子的转移途径,请用箭头表示这种碳原子的转移途径:___________________________________________。 (3)与水稻、小麦等C3植物相比,C4植物的CO2的补偿点较__________。高温、干旱时植物气孔部分关闭,C4植物还能保持高效光合作用的原因是___________________________________________________________ (4)从进化角度看,景天科植物这种气孔开闭特点的形成是___________的结果。夜晚,该类植物吸收的CO2_______(填“能”或“不能”)合成葡萄糖,原因是_____________________________________________。 (5)CAM途径是对___________(填“干旱”或“湿润”)环境的适应;该途径除维持光合作用外,对植物的生理意义还表现在_________________________________________________________________________________。 (6)CO2依次以___________方式通过蓝细菌细胞膜和光合片层膜。蓝细菌的CO2浓缩机制可提高羧化体中Rubisco周围的CO2浓度,从而促进___________。  答案:(1)叶肉细胞和维管束鞘细胞的叶绿体基质中　(2)CO2→C4→CO2→C3→(CH2O)　(3)低　PEP羧化酶对CO2具有高亲和力,C4植物可利用低浓度的CO2进行光合作用;C4植物能利用储存的C4进行光合作用　(4)自然选择　不能　没有光反应为暗反应提供ATP和NADPH　(5)干旱　有效避免白天旺盛的蒸腾作用造成水分过多散失　(6)自由扩散和主动运输　CO2固定 [迁移创新训练] 1.(2026·太原模拟)Rubisco广泛地存在于植物、蓝细菌等进行光合作用的细胞中,它有两种作用:在CO2浓度高时催化CO2的固定;在O2浓度高时,催化光呼吸(在光照下吸收O2,释放CO2的反应)。蓝细菌利用羧化体包裹Rubisco,可以富集CO2以提高光合作用效率,如下图。下列相关叙述错误的是 (　　) A.光合片层上的叶绿素和类胡萝卜素吸收光能,以分解水和合成ATP B.图中C是蓝细菌光反应产生的NADPH,参与C3的还原 C.羧化体通过阻止O2进入,而允许HC进入,从而降低光呼吸的速率 D.在菠菜的叶肉细胞中,Rubisco主要存在于叶绿体的基质中 解析:选A　蓝细菌光合片层上的叶绿素和藻蓝素吸收光能,主要用于水的光解和ATP的合成,蓝细菌不含类胡萝卜素,A错误;图中C是蓝细菌光反应产生的NADPH,作为还原剂,同时储存部分能量,在暗反应中参与C3的还原,B正确;因为Rubisco在O2浓度高时会催化光呼吸,而Rubisco存在羧化体中,因此羧化体通过阻止O2进入,而允许HC进入就可以降低光呼吸的速率,C正确;菠菜是高等植物,叶肉细胞中Rubisco主要存在于叶绿体基质中,D正确。 2.[多选]研究表明,与C3植物细胞中的Rubisco(可催化CO2固定)相比,C4植物叶肉细胞中的PEP羧化酶具有非常高的CO2亲和力,可固定低浓度的CO2。下列说法正确的是 (　　) A.若给C4植物提供14CO2,则植株体内14C的转移途径为14CO2→14C4→14C3 B.C3植物和C4植物的暗反应阶段所需要的NADPH和ATP均来自光反应阶段 C.不同植物固定CO2途径存在差异的根本原因是它们的遗传物质存在差异 D.在低CO2浓度环境下,C4植物的光合速率可能比C3植物高 解析:选BCD　C4植株能进行C4途径和C3途径,若给C4植物提供14CO2,则C4植株体内 14C的转移途径为14CO2→14C4→14CO2→14C3→(14CH2O),A错误;由光合作用的过程可知,C3植物与C4植物的暗反应阶段利用的NADPH和ATP都来自光反应阶段,B正确;不同植物固定CO2途径存在差异的根本原因是它们的遗传物质存在差异,C正确;由于C4植物叶肉细胞中的PEP羧化酶具有非常高的CO2亲和力,可固定低浓度的CO2,故C4植物能够利用较低浓度的CO2进行光合作用,而C3植物则不能,因此低浓度CO2条件下,C4植物的光合速率可能比C3植物高,D正确。 3.(2025·哈尔滨二模)仙人掌是典型的旱生植物,其在长期干旱条件下进化出的光合作用模式,与C3、C4类植物的光合作用存在明显区别;图1为仙人掌光合作用中CO2同化途径,图2为磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)羧化酶活性昼夜转换机制,回答相关问题。 (1)白天仙人掌可将_________________________________过程产生的CO2运入叶绿体参与___________循环完成光合作用过程。 (2)沙漠中的仙人掌通常在白天关闭气孔,夜间气孔开放,将吸收的CO2与___________结合被固定,并最终将苹果酸储存在液泡中而不是细胞质基质中,据图分析这种存储的生理学意义在于_______________________;与C4植物将CO2固定和暗反应(分别在叶肉细胞和维管束鞘细胞中进行)在空间上分开相比,仙人掌将CO2固定和暗反应选择在___________上分开,因而更加适应干旱环境。  (3)夜晚仙人掌叶肉细胞呼吸减弱会影响细胞中苹果酸的生成,根据图1和图2分析其原因是_________________________________。 (4)某生物兴趣小组欲利用“密闭透明容器”验证仙人掌“夜间吸收CO2”的特性,请设计实验,简要写出实验思路和预期实验结果______________________________________________________________________。 解析:(1)白天,苹果酸从液泡中释放出来,分解产生CO2,同时还有细胞呼吸产生CO2,CO2进入叶绿体参与卡尔文循环(暗反应),完成光合作用过程。 (2)沙漠中的仙人掌通常在白天关闭气孔,夜间气孔开放,将吸收的CO2与PEP(磷酸烯醇式丙酮酸)结合被固定,并最终将苹果酸储存在液泡中而不是细胞质基质中,这种存储的生理学意义在于促进CO2的吸收;避免苹果酸降低细胞质的pH,影响细胞质内的反应。与C4植物将CO2固定和暗反应在空间上分开相比,仙人掌将CO2固定和暗反应选择在时间上分开,因而更加适应干旱环境。 (3)细胞呼吸减弱,为苹果酸合成提供的NADH减少,同时生成的ATP减少影响了PEPC的活化,使草酰乙酸生成量减少,所以苹果酸生成量减少。 (4)实验思路和预期结果参见答案。 答案:(1)细胞呼吸和苹果酸分解　卡尔文　(2)PEP(或磷酸烯醇式丙酮酸)　促进CO2的吸收;避免苹果酸降低细胞质的pH,影响细胞质内的反应　时间　(3)细胞呼吸减弱,为苹果酸合成提供的NADH减少,同时生成的ATP减少影响了PEPC的活化,使草酰乙酸生成量减少 (4)实验思路:将仙人掌置于密闭透明容器中,分别在白天和夜间测定容器内CO2浓度变化。 预期实验结果:夜间容器内CO2浓度显著下降,白天二氧化碳浓度基本不变 新情境问题(二)光呼吸和光抑制现象解读 [科普科研材料] 1.光呼吸 光呼吸是在光照条件下伴随着光合作用发生的呼吸作用过程,其发生场所是叶绿体、过氧化物酶体和线粒体。虽然此过程也吸收O2放出CO2,但不生成ATP反而消耗物质和能量。在强光下,光反应中形成的NADPH和ATP超过暗反应需要,激发高能电子传递给O2,形成自由基,对光合结构造成伤害。其过程图如下。 2.光抑制 光照过强时,过量光能会引起叶肉细胞内NADP+不足、O2浓度过高,并产生一些光有毒物质。这些光有毒物质会攻击PSⅡ(参与水光解的色素—蛋白质复合体)中的D1蛋白,损坏光合结构,引发光合速率下降,这种现象称为光抑制。植物细胞光合结构的部分保护机制如图。 　　[信息助读] [内蕴知识融通] (1)光呼吸发生的原因。RuBP羧化酶是双功能酶,既可催化C5与CO2的固定(羧化),又可催化C5与O2(加氧)的反应,其催化方向取决于CO2/O2的值,从CO2和O2浓度关系分析光呼吸发生的条件是 　。 (2)尝试分析光呼吸的危害与意义有哪些? (3)强光条件下,叶肉细胞内NADP+不足的原因是_________________________________,此时O2会形成O2-(超氧阴离子自由基),植物启动消除机制。如果植物类胡萝卜素合成受阻,强光下会导致光合速率___________(填“增大”“不变”或“减小”),原因是_______________________________________(写出两点)。  (4)强光下,给植物提供用35S标记的甲硫氨酸,发现短时间内PSⅡ中约有30%~50%的放射性D1蛋白,但D1蛋白含量没有明显的变化,其原因可能是 　。 (5)植物在长期进化过程中形成了多种方法来避免或减轻光抑制现象,例如,减少光的吸收、适度的光呼吸、______________________等(答出1点即可)。 答案: (1)CO2/O2的值小,即O2浓度相对较高　(2)危害:在较强光下,光呼吸加强,使得C5氧化分解加强,部分C5以CO2的形式散失,从而减少了光合产物的形成和积累;光呼吸过程中消耗了ATP和NADPH,即造成了能量的损耗。意义:产生CO2用于光合作用,减少碳损失;防止ATP和NADPH等积累过多;防止强光下产生过多自由基对叶绿体结构造成破坏。光呼吸是在长期进化过程中,为了适应高氧低二氧化碳的环境,提高抗逆性而形成的一条代谢途径,具有重要的生理意义。　(3)强光条件下,光反应消耗的NADP+多于暗反应产生的量,导致NADP+不足　减小　缺少类胡萝卜素,对蓝紫光的吸收减少;无法及时清除O2-,损伤光合结构　(4)切除损伤的D1蛋白与新合成的D1蛋白速率基本平衡　(5) 提高光合速率从而增加对光的利用 [迁移创新训练] 1.(2025·孝感三模)科学研究发现:小麦、水稻等作物在强光、干旱时会发生比较强的光呼吸作用,在光呼吸过程中,叶绿体基质中的Rubisco起到重要作用,该酶在O2浓度较高时,可催化五碳化合物与O2结合生成一个三碳化合物和一个二碳化合物,此二碳化合物不参与光合作用,而是在消耗一定ATP和NADPH的基础上,重新形成五碳化合物,并释放CO2,此外,光合作用过程中,Rubisco也可催化五碳化合物与CO2结合,进行CO2固定。下列有关说法错误的是 (　　) A.Rubisco既可参与光呼吸,也可参与光合作用的暗反应 B.强光、干旱条件下提高O2浓度,小麦植株内葡萄糖生成量将上升 C.提高O2的浓度不会抑制光呼吸 D.光呼吸和细胞呼吸的相同点是都会消耗O2,释放CO2 解析:选B　由题干信息可知,Rubisco既可参与光呼吸,也可参与光合作用的暗反应,A正确;强光、干旱条件下,O2浓度高时,小麦进行光呼吸,不会产生葡萄糖,不会使葡萄糖生成量上升,B错误;强光、干旱条件下,O2浓度高时,小麦进行光呼吸,所以提高O2的浓度不会抑制光呼吸,C正确;光呼吸和细胞呼吸的相同点是都会消耗O2,释放CO2,D正确。 2.(2026·黄冈模拟)光照条件下,小麦叶肉细胞中的CO2和O2竞争性与C5结合,C5与O2在Rubisco催化下生成C3和乙醇酸(C2),是光呼吸的一部分,涉及线粒体、过氧化物酶体等细胞器。科研人员通过导入相关基因,形成乙醇酸→乙醛酸→甘油酸(C3)的新代谢支路,该支路在叶绿体基质中完成,会消耗H2O2、NADPH和ATP,同时产生CO2。下列关于新的代谢支路的叙述,错误的是 (　　) A.CO2与O2比值高时,有利于光呼吸 B.有利于减少H2O2对叶绿体的损害 C.可减少参与光呼吸的细胞器种类 D.可降低碳损失从而提高光合效率 解析:选A　CO2与O2比值低时,有利于光呼吸,A错误;新的代谢支路可消耗H2O2,有利于减少H2O2对叶绿体的损害,B正确;新的代谢支路可使光呼吸的相关反应在叶绿体中完成,减少参与光呼吸的细胞器种类,C正确;新的代谢支路可产生CO2,CO2可用于光合作用的暗反应阶段,因此新的代谢支路可降低碳损失从而提高光合效率,D正确。 3.(2024·重庆高考)重庆石柱是我国著名传统中药黄连的主产区之一,黄连生长缓慢,存在明显的光饱和(光合速率不再随光强增加而增加)和光抑制(光能过剩导致光合速率降低)现象。 (1)为探寻提高黄连产量的技术措施,研究人员对黄连的光合特征进行了研究,结果见图1。 ①黄连的光饱和点约为___________μmol·m-2·s-1。光强大于1 300 μmol·m-2·s-1后,胞间二氧化碳浓度增加主要是由于______________________________________________________________________________________。 ②推测光强对黄连生长的影响主要表现为________________________________________________________ __________________________________。黄连叶片适应弱光的特征有________________________________ ______________________(答2点)。  (2)黄连露天栽培易发生光抑制,严重时其光合结构被破坏(主要受损的部位是位于类囊体薄膜上的色素蛋白复合体),为减轻光抑制,黄连能采取调节光能在叶片上各去向(图2)的比例,提升修复能力等防御机制,具体可包括___________(多选)。①叶片叶绿体避光运动,②提高光合产物生成速率,③自由基清除能力增强,④提高叶绿素含量,⑤增强热耗散。  (3)生产上常采用搭棚或林下栽培减轻黄连的光抑制,为增强黄连光合作用以提高产量还可采取的措施及其作用是_________________________________。  解析:(1)①光饱和点为光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度,由图1净光合速率的曲线可知,当光强约为500 μmol·m-2·s-1时光合速率不再随光强增加而增加。光强大于1 300 μmol·m-2·s-1后,由图1可知光合作用受到抑制,消耗的二氧化碳减少,且气孔导度增加,所以胞间二氧化碳浓度增加。②由图1净光合速率曲线可知,光强对黄连生长的影响主要表现为在弱光时随光强增加生长速率快速达到最大,光照过强其生长受到抑制。弱光时,可通过增加受光面积或增加光合色素的含量来增加光合速率,所以黄连叶片适应弱光的特征有叶片较薄,叶绿素较多,叶绿体颗粒较大,叶绿体类囊体膜面积更大等。 (2)为减轻光抑制,黄连能采取调节光能在叶片上各去向的比例,提升修复能力等防御机制,具体可包括⑤增强热耗散;①叶片叶绿体避光运动:减少对光的吸收;②提高光合产物生成速率,从而提高光合速率消耗更多的光能;③自由基清除能力增强:减少对光合结构的破坏。而④提高叶绿素含量会增加对光能的吸收不能减轻光抑制。 (3)为增强黄连光合作用以提高产量还可采取的措施及其作用有合理施肥增加光合面积,补充二氧化碳提高暗反应速率,合理密植等。 答案:(1)①500　光合作用受到抑制,消耗的二氧化碳减少,且气孔导度增加　②在弱光时随光强增加生长速率快速达到最大,光照过强其生长受到抑制　叶片较薄,叶绿素较多,叶绿体颗粒较大,叶绿体类囊体膜面积更大等　(2)①②③⑤　(3)合理施肥增加光合面积,补充二氧化碳提高暗反应速率 二、系统实验知能——实验变量与实验设计的原则 (一)变量的类型 自变量 又称实验变量,是研究者主动操控即实验所探究的条件和因子,是作用于实验对象的刺激变量,坐标中横轴标识一般为自变量 因变量 又称反应变量,是随自变量变化而产生反应或发生变化的变量,应具有可测性和客观性,坐标中纵轴标识一般为因变量 无关变量 又称干扰变量、控制变量,是指与研究目标无关,但却影响研究结果的变量,实验时一般需控制无关变量适宜且相同 (二)实验设计的三大原则 1.单一变量原则 无论一个实验有几个自变量,都应确定一个自变量对应观测一个因变量,这就是单一变量原则,它是处理实验中复杂关系的准则之一。单一变量原则要求在实验组和对照组的实验中都只能有一个变量,这样得出的实验结果与单一变量之间就能形成一一对应关系,便于观察实验结果以及分析实验结果的成因。 2.平行重复原则 在实验设计中为了避免实验结果的偶然性,必须对所做实验进行足够次数的重复,以获得多次实验结果的平均值,保证实验结果的准确性。 3.对照原则 在实验设计中应设置对照实验,以便减小实验误差。常用的对照方法包括:空白对照、自身对照、条件对照、相互对照(也叫对比实验),如下表: 空白对照 对照组为不进行任何处理的对象组。这里的不进行处理,并非什么因素都不给予,而是针对实验所要研究的因素不给予,以体现实验因素的有无对实验结果的影响。如“探究影响酶活性的条件”实验中: 自身对照 实验与对照在同一个对象上进行,不另设对照组。如“探究植物细胞的吸水和失水”实验,是典型的自身对照——蔗糖溶液处理前的对象为对照组,蔗糖溶液处理后的对象为实验组;清水处理前的对象为对照组,清水处理后的对象为实验组 条件对照 给对照组施以某种实验处理,但该处理不是所研究的实验因素,以突出实验实施的处理因素与实验所研究因素的差异,从侧面衬托实验因素对实验结果所造成的影响。如肺炎链球菌转化实验中以下两组实验: S型细菌DNA+R型活细菌S型菌落+R型菌落(实验组); S型细菌DNA+DNA酶+R型活细菌R型菌落(条件对照组) 相互对照 如果并不知道两组(或多组)实验中的自变量对实验结果所造成的影响,需要通过实验来进行确定。不单独设对照组,而是几个实验组相互对比对照,其中每一组既是实验组也是其他组别的对照组,由此得出相应的实验结论。 相互对照实验也称对比实验。如“探索生长素类调节剂促进插条生根的最适浓度”实验 (三)实验设计策略 [专题提能训练] 1.(2026·郑州模拟)对照原则是科学实验中的重要原则,下列实验中对照组的设计,错误的是 (　　) A.还原糖的鉴定实验中,可以设置清水组和葡萄糖组作对照 B.血浆对pH的调节实验中,对照组也应该分别滴加相应剂量的HCl或NaOH C.探究水温对加酶洗衣粉的效果影响实验,分别设置0 ℃和100 ℃作对照 D.探究酵母菌细胞呼吸的方式实验中两组均为实验组,相互对照 解析:选C　还原糖的鉴定实验中,是否含有葡萄糖(还原糖)是自变量,可以设置清水组和葡萄糖组作对照,A正确;血浆对pH的调节实验中,酸性条件或碱性条件为无关变量,故对照组也应该分别滴加相应剂量的HCl或NaOH,B正确;探究水温对加酶洗衣粉的效果影响实验中,高温、低温均为实验组,但设置0 ℃和100 ℃作对照,温度梯度过大,且实际生活中不用100 ℃水洗衣服,C错误;探究酵母菌细胞呼吸的方式实验中,两组均为实验组,相互对照,属于对比实验,D正确。 2.现有两种淀粉酶A与B,某生物兴趣小组为探究不同温度条件下这两种淀粉酶的活性,设计实验如下: 实验原理:温度等条件可以影响酶的活性;淀粉在淀粉酶的催化作用下产生麦芽糖;用分光光度计测量溶液的吸光度时,物质含量越多,其吸光度越大,因此可测出物质的相对含量。 实验材料:一定浓度的淀粉溶液、相同浓度的淀粉酶A和淀粉酶B溶液、水浴缸、温度计等。 实验步骤 组别 1 2 3 4 5 6 7 8 ①水浴缸温度/℃ 20 30 40 50 20 30 40 50 ②取8支试管各加入等量淀粉溶液(mL),分别保温5分钟 10 10 10 10 10 10 10 10 ③另取8支试管各加入等量淀粉酶溶液分别保温5分钟 酶 A 酶 A 酶 A 酶 A 酶 B 酶 B 酶 B 酶 B ④将同温度下的两支试管中的淀粉溶液与淀粉酶溶液混合摇匀,保温5分钟 实验结果:图甲是40 ℃时测定酶A催化淀粉水解生成麦芽糖的量随时间变化的曲线,图乙是第④步保温5分钟后,用分光光度计对各组淀粉剩余量进行检测的结果。 (1)该实验的自变量是______________________,因变量的检测指标是______________________,淀粉酶催化淀粉水解的实质是______________________。 (2)1、6两组___________(填“能”或“不能”)作为对照,原因是实验设计要遵循___________原则。  解析:(1)自变量是在实验过程中所探究的条件或因子,本实验的目的是探究不同温度条件下这两种淀粉酶的活性,因此本实验有两个自变量,即酶的种类和温度;因变量为各组淀粉剩余量或麦芽糖(产物)的生成量;淀粉酶催化淀粉水解的实质是降低了该反应所需的活化能。 (2)1、6两组温度和酶的种类均不同,不遵循单一变量原则,所以1组和6组不能作为对照。 答案:(1)酶的种类和温度　各组淀粉剩余量(或麦芽糖的生成量)　降低反应所需的活化能　 (2)不能　单一变量 3.(2026·广州模拟)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(如图),测定相关指标(如表),探究遮阴比例对植物生长的影响。 组别 遮阴比例/% 叶绿素含量/(mg·dm-2) 净光合速率/(CO2μmol·m-2·s-1) A 0 4.2 11.8 B B1:0 5.3 20.5 B2:100 3.9 7.0 C 100 4.7 8.6 (1)本实验的自变量为___________,因变量的观测指标有_________________________________。 (2)依据实验结果可推测___________组玉米产量可能更高,可在收获后分别测量_________________________________进行验证。 (3)某兴趣小组为验证C组的叶绿素含量升高,需要分析玉米植株遮阴处理后光合色素含量的变化,应以_____组为对照,请设计实验验证这种差异:_____________________________________________________________ (简要写出实验思路)。  (4)基于实验现象及结果,提出一个科学问题:____________________________________________________? 解析:(1)自变量是人为控制不一样的条件,结合表格可知,本实验的自变量为遮阴比例,因变量的观测指标有叶绿素含量、净光合速率。 (2)依据实验结果可推测B组玉米产量可能更高,因为B2组与A、C组相比净光合速率相差不大,而B1组净光合速率显著高于A、C组,可在收获后分别测量各组玉米籽粒的平均重量进行验证。 (3)某兴趣小组为验证C组的叶绿素含量升高,需要分析玉米植株遮阴处理后光合色素含量的变化,应以A组(A组处于正常条件下,为对照组)为对照,验证这种差异的实验思路参见答案。 (4)基于实验现象及结果,可以提出相关问题(参见答案)。 答案:(1)遮阴比例　叶绿素含量、净光合速率　(2)B　各组玉米籽粒的平均重量　(3)A　取等量A、C两组玉米叶片若干,记为A、C两组,分别提取和分离两组叶片中的光合色素,比较两组叶片中叶绿素含量的多少　(4)提高玉米产量的最适遮阴比例是多少(或为什么B2组叶绿素含量和光合速率最低) 三、增分主观大题——细胞代谢类主观题的题点考法集训 　　细胞代谢类主观题是高考必考大题之一,常借助文字信息、细胞代谢过程示意图或曲线图创设情境,考查细胞呼吸和光合作用的相关原理分析,试题情境既有农业生产和生活实践,又有科学实验与探究,重点考查对题干信息的获取、分析和理解以及识图、析图的能力。在复习中要重点关注相关曲线变化与光合作用和细胞呼吸原理之间的联系,通过训练掌握解答有关细胞代谢类主观题的答题技巧。 1.(2025·云南高考)不当施肥、人为踩踏、大型农业机械碾压等因素均会导致土壤结构破坏,如土壤紧实等。为研究土壤紧实对植物生长发育的影响,研究人员分别用压实的土壤(压实组)和未压实的土壤(疏松组)种植黄瓜,得到黄瓜根系中苹果酸和酒精含量数据如下表。 组别 苹果酸/(μmol·g-1) 酒精/(μmol·g-1) 压实组 0.271±0.005 6.114±0.013 疏松组 0.467±0.004 2.233±0.040 回答下列问题: (1)本实验中苹果酸主要在根系细胞的线粒体基质中生成,由此可推测,其为___________(填“有氧”或“无氧”)呼吸的中间产物。  (2)相较于疏松组,压实组黄瓜根系的无氧呼吸更强,依据是_________________________________________,为维持根系细胞正常生命活动,压实组消耗的有机物总量更_________(填“多”或“少”),原因是________________________________________________________________________________________;根吸收水分的能力减弱,叶片气孔___________,光合作用___________阶段首先受抑制,有机物合成减少。最终导致有机物积累减少,黄瓜生长缓慢。  (3)为解决土壤紧实的问题,可以采取的措施有___________________________________________________(答出2点即可)。 解析:(1)有氧呼吸的第二阶段发生在线粒体基质中,本实验中苹果酸主要在根系细胞的线粒体基质中生成,由此可推测,其为有氧呼吸的中间产物。 (2)由题表可知,相较于疏松组,压实组黄瓜根系中酒精含量更高,而酒精是植物细胞无氧呼吸的产物,所以压实组黄瓜根系的无氧呼吸更强。由于压实组根系细胞的无氧呼吸更强,而与有氧呼吸相比,消耗等量葡萄糖时,无氧呼吸释放的能量较少,为获得足够能量维持正常生命活动,压实组消耗的有机物总量更多。根吸收水分的能力减弱,叶片气孔开度减小,二氧化碳进入减少,光合作用暗反应阶段首先受抑制,有机物合成减少。最终导致有机物积累减少,黄瓜生长缓慢。 (3)为解决土壤紧实的问题,根据题干信息可作答,详见答案。 答案:(1)有氧　(2)压实组黄瓜根系中酒精含量高于疏松组　多　压实组根系细胞无氧呼吸更强,与有氧呼吸相比,消耗等量葡萄糖时,无氧呼吸释放的能量较少　开度减小(或关闭)　暗反应　(3)合理施肥、适度翻耕、减少大型农业机械的不必要碾压等(答出2点,合理即可) 2.(2025·贵州高考)牡丹绿色系品种“豆绿”开花初期花瓣绿色逐渐加深,中后期逐渐褪绿转为淡粉色。叶绿素是影响该花呈色的主要色素,其合成与降解需多种酶参与。回答下列问题: (1)开花初期花瓣绿色逐渐加深,影响这一过程的主要环境因素是___________,叶绿素分布在叶绿体的___________上,开花初期叶绿素使花呈现绿色的原因是_________________________________________。 (2)为研究不同时期花瓣中叶绿素含量变化,需在不同时间取样,并将样品低温保存,低温保存的目的是____________________________________________。用于提取“豆绿”花瓣中叶绿素的试剂是___________。 (3)研究表明,PSNAC5蛋白通过调控叶绿素代谢相关基因的表达影响叶绿素含量。下图所示为“豆绿”开花初期PSNAC5基因沉默对花瓣中叶绿素含量的影响。据图推测,PSNAC5基因沉默后叶绿素含量变化的根本原因可能是___________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________(答出2点)。 解析:(1)叶绿素是影响“豆绿”花呈色的主要色素,其合成与降解需多种酶参与,酶活性受温度的影响,此外叶绿素还需在光下形成,据此推测,开花初期花瓣绿色逐渐加深,影响这一过程的主要环境因素是温度和光照。叶绿素分布在叶绿体的类囊体薄膜上。开花初期叶绿素使花呈现绿色的原因是叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,反射绿光,因此花瓣呈现绿色。 (2)为研究不同时期花瓣中叶绿素含量变化,需在不同时间取样,并将样品低温保存,这是因为低温条件下,酶活性低,叶绿素不易被降解,因而便于叶绿素含量的检测。用于提取“豆绿”花瓣中叶绿素的试剂是无水乙醇。 (3)PSNAC5基因沉默后叶绿素含量比对照组增多,据此推测,PSNAC5基因沉默后叶绿素含量变化的根本原因可能是PSNAC5基因沉默后促进了叶绿素合成相关基因的表达,抑制了与叶绿素分解相关基因的表达。 答案:(1)温度和光照　类囊体薄膜　叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,几乎不吸收绿光,绿光被反射出来　(2)低温条件下,酶活性低,叶绿素不易被降解　无水乙醇　(3)PSNAC5基因沉默后促进了叶绿素合成相关基因的表达,抑制了与叶绿素分解相关基因的表达 3.(2024·湖南高考,节选)钾是植物生长发育的必需元素,主要生理功能包括参与酶活性调节、渗透调节以及促进光合产物的运输和转化等。研究表明,缺钾导致某种植物的气孔导度下降,使CO2通过气孔的阻力增大;Rubisco的羧化酶(催化CO2的固定反应)活性下降,最终导致净光合速率下降。回答下列问题: (1)从物质和能量转化角度分析,叶绿体的光合作用即在光能驱动下,水分解产生___________;光能转化为电能,再转化为___________中储存的化学能,用于暗反应的过程。 (2)长期缺钾导致该植物的叶绿素含量___________,从叶绿素的合成角度分析,原因是_________________________________________________________________________________________________________________________(答出两点即可)。  答案:(1)O2和H+　ATP和NADPH　(2)减少　缺钾会使叶绿素合成相关酶的活性降低;缺钾会影响细胞的渗透调节,进而影响细胞对Mg、N等的吸收,使叶绿素合成减少 4.(2023·湖南高考,节选)下图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco酶对CO2的Km为450 μmol·L-1(K越小,酶对底物的亲和力越大),该酶既可催化RuBP与CO2反应,进行卡尔文循环,又可催化RuBP与O2反应,进行光呼吸(绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应)。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比,玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘,其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所,维管束鞘细胞的叶绿体主要与糖类生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶(PEPC对CO2的Km为7 μmol·L-1)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)与CO2反应生成C4,固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2,再进行卡尔文循环。回答下列问题: (1)在干旱、高光照强度环境下,玉米的光合作用强度___________(填“高于”或“低于”)水稻。从光合作用机制及其调控分析,原因是__________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________(答出三点即可)。 (2)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻,水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升,其他生理代谢不受影响,但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是______________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(答出三点即可)。 答案:(1)高于　高光照条件下玉米可以将光合产物及时转移;玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco酶更高;玉米能通过PEPC酶生成C4,使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境,抑制玉米的光呼吸　 (2)酶的活性达到最大,对CO2的利用率不再提高;受到ATP以及NADPH等物质含量的限制;原核生物和真核生物光合作用机制有所不同 5.(2025·陕晋宁青高考)叶绿体中R酶既能催化CO2固定,也能催化C5与O2反应,CO2和O2两种底物竞争R酶同一活性位点;线粒体中G酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸,如图(a)。为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响,研究者以野生型植株W为参照,构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S,实验结果如图(b)。回答下列问题。 (1)R酶催化CO2固定的场所是叶绿体的___________,产物C3在光反应生成的______________________参与下合成糖类等有机物。 (2)植物保卫细胞吸水,气孔开度增大。由图(a)(b)可知,相同光照条件下植株S保卫细胞中G酶表达量提高,叶片的净光合速率高于植株W,原因是___________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________。 (3)保持环境中CO2浓度不变,当O2浓度从21%升高到40%时,植株S的净光合速率___________(填“增大”或“减小”);相较于植株W,植株S的净光合速率变化幅度___________(填“大”“小”或“无法判断”)。  (4)若需确认保卫细胞中G酶对叶片净光合速率的影响,还需补充一个实验组。写出实验思路及预期结果: ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 解析:(1)暗反应在叶绿体的基质中进行,该过程中植物通过气孔吸收的CO2,在特定酶的作用下,与C5结合,这个过程称作CO2的固定。CO2固定后的产物C3在有关酶的催化作用下,接受光反应生成的ATP和NADPH释放的能量,并且被NADPH还原,随后,被还原的C3在酶的作用下经过一系列的反应转化为糖类等有机物。 (2)根据题意和题图可知,植株S保卫细胞中G酶表达量提高,使更多甘氨酸转化为丝氨酸和CO2,从而使保卫细胞的细胞质基质中可溶性糖等溶质含量增加,渗透压升高,保卫细胞吸水能力增强,气孔开度增大,促进了CO2的吸收,增强了暗反应,从而提升净光合速率,故相同光照条件下,植株S叶片的净光合速率高于植株W。 (3)O2浓度升高后,导致R酶催化固定CO2的量减少,因此植株S的净光合速率会减小。相较于植株W,植株S保卫细胞中G酶表达量提高,G酶催化甘氨酸生成的丝氨酸和CO2的量更多,结合(2)分析,植株S的净光合速率减小幅度小。 (4)本实验的目的是确认保卫细胞中G酶对叶片净光合速率的影响,根据“加法原理”和“减法原理”,应补充敲除G酶基因的组别。实验思路和预期结果见答案。 答案:(1)基质　ATP、NADPH　(2)植株S保卫细胞中G酶表达量提高,使更多甘氨酸转化为丝氨酸和CO2,从而使保卫细胞的细胞质基质中可溶性糖等溶质含量增加,渗透压升高,保卫细胞吸水能力增强,气孔开度增大,促进了CO2的吸收,增强了暗反应,从而提升净光合速率　(3)减小　小　(4)实验思路:增加敲除保卫细胞中合成G酶相关基因的植株组别,在相同条件下处理敲除相关基因的植株,测量该植株的气孔开度和净光合速率,与植株W进行比较。预期结果:敲除G酶相关基因的植株的气孔开度和净光合速率均低于植株W $